DE2821982A1 - PARTITION WALL WITH A MEMBRANE FOR ELECTROLYSIS CELLS ARRANGED LIKE A FILTER PRESS - Google Patents
PARTITION WALL WITH A MEMBRANE FOR ELECTROLYSIS CELLS ARRANGED LIKE A FILTER PRESSInfo
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Description
u.Z.: M 717u.z .: M 717
HOOKER CHEMICALS & PLASTICS CORP.
Niagara Falls, N.Y., V.St.A.HOOKER CHEMICALS & PLASTICS CORP.
Niagara Falls, NY, V.St.A.
11 Trennwand mit einer Membran für filterpressenartig angeordnete Elektrolysezellen " 11 Partition with a membrane for electrolysis cells arranged like a filter press "
Die Erfindung betrifft eine Trennwand mit einer Membran für filterpressenartig angeordnete Elektrolysezellen,The invention relates to a partition wall with a membrane for electrolysis cells arranged like a filter press,
In derartigen Elektrolysezellen erfolgt z. B. die Chloralkalielektrolyse; darunter versteht man die Gewinnung von Chlor, Wasserstoff und Ätzalkalien aus wäßrigen Lösungen vom Alkalichloriden durch elektrische Energie. Daneben wächst die Bedeutung der elektrolytischen Zerlegung von Salzsäure. Bei der Herstellung von Alkali- oder Erdalkalimetallen durch Elektrolyse geschmolzener Salze fällt Chlor als Nebenprodukt an. Einige dieser Produkte werden als Grundchemikalien in sehr großen Mengen hergestellt. Im Falle der Chloralkalielektrolyse werden Anlagen betrieben, in deren einzelnen Stromkreisen bis 1000 Tonnen Chlor pro Tag erzeugt werden. In diesen AnIagen werden Stromstärken bis etwa 500 000 A erzielt, und abhängig von dem benutzten Verfahren werden mehr oder weniger viele Elektrolysezellen zu einem Stromkreis zusammengeschaltet. In such electrolytic cells z. B. the chlor-alkali electrolysis; this means the extraction of chlorine, hydrogen and caustic alkalis from aqueous solutions of alkali chlorides through electrical energy. In addition, the importance of the electrolytic decomposition of hydrochloric acid is growing. In the Production of alkali or alkaline earth metals by electrolysis of molten salts is chlorine as a by-product. Some of these products are manufactured in very large quantities as basic chemicals. In the case of chlor-alkali electrolysis plants are operated in whose individual circuits up to 1000 tons of chlorine are generated per day. In these plants currents up to about 500,000 A are achieved, and depending on the method used, more or less many electrolysis cells interconnected to form a circuit.
Fließt durch eine elektrochemische Zelle mit alkalichloridhaltigem, wäßrigem Elektrolyten, ein elektrischer Gleichstrom,Flows through an electrochemical cell with alkali chloride containing, aqueous electrolyte, an electrical direct current,
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so wird am positiven Pol, der Anode, vorwiegend Chlorgas gebildet, während am negativen Pol, der Kathode, Wasserstoffgas und Alkalihydroxid entstehen. Eine Durchmischung der Produkte, und damit eine Rückreaktion, muß verhindert werden. Zu diesem Zweck wurden zunächst zwei verschiedene Verfahren entwickelt, und zwar das sogenannte Quecksilberverfahren und das Diaphragmenverfahren. Beim Diaphragmenverfahren trennt eine poröse Scheidewand (Diaphragma) den Anodenraum vom Kathodenraum und verhindert eine Vermischung und damit die Rückreaktion der an den Elektroden abgeschiedenen Produkte.so at the positive pole, the anode, mainly chlorine gas is formed, while at the negative pole, the cathode, hydrogen gas and alkali hydroxide are produced. Mixing the products, and thus a reverse reaction must be prevented. For this purpose, two different procedures were initially developed, namely the so-called mercury process and the diaphragm process. In the diaphragm process, a porous one separates Partition (diaphragm) separates the anode compartment from the cathode compartment and prevents mixing and thus the reverse reaction of the products deposited by the electrodes.
In letzter Zeit setzt sich zunehmend ein drittes Elektrolyseverfahren, das sogenannte Membranzellenverfahren, durch» Da dimensionsstabile Anoden und permselektive Membranen zur Verfügung stehen, können Elektrolysezellen mit einer dünnen, zwischen flachen Elektroden aufgespannten Trennmembran hergestellt werden. Durch Aneinanderfügen mehrerer derartiger Elektrolysezellen wird ein filterpressenartig aufgebauter Zellenblock erhalten. Derartige Elektrolysezellen sind z. B. aus der DE-DS 1 054 430 und der DE-OS 2 222 o37 für die Elektrolyse wäßriger Salzsäure und aus der DE-OS 2 510 396 für die Chloralkalielektrolyse bekannt. Die Zellenelemente sind im allgemeinen in Halterahmen gehaltert. Mit Hilfe einer geeigneten Anpreßvorrichtung, beispielsweise einer hydraulischen Vorrichtung, eines Zugankers oder einzelnen Schrauben, wird der Zellenblock unter Zwischenlage von Dichtungen zwischen den Zellenelementen zur gegenseitigen Abdichtung zusammengepreßt und bildet so, gegebenenfalls auf einem Gestell montiert, eine starre Einheit. Ein solcher Elektrolyseblock kann von etwa 10 bis beispielsweise 100 Zellenelemente und eine entsprechende Produktionskapazität auf v/eisen.Recently, a third electrolysis process has been increasingly used, the so-called membrane cell process, through »Da dimensionally stable anodes and permselective membranes are available electrolysis cells can be produced with a thin separating membrane stretched between flat electrodes will. A cell block constructed like a filter press is obtained by joining several electrolysis cells of this type. Such electrolytic cells are z. B. from DE-DS 1 054 430 and DE-OS 2 222 037 for aqueous electrolysis Hydrochloric acid and from DE-OS 2 510 396 for chlor-alkali electrolysis known. The cell elements are generally held in holding frames. With the help of a suitable pressing device, For example, a hydraulic device, a tie rod or individual screws, the cell block pressed together with the interposition of seals between the cell elements for mutual sealing and thus forms, possibly mounted on a frame, a rigid unit. Such an electrolysis block can range from about 10 to, for example 100 cell elements and a corresponding production capacity on iron.
Als Scheide- oder Trennwände beim Diaphragmen- und beim Membranzellenverfahren werden als Diaphragmen chemisch beständige Gewebe oder Diaphragmen aus Asbestfasern bzw. beispielsweise kationenaktive, folienartige Membranen, verwendet. DieseAs a partition or partition in the diaphragm and membrane cell process are used as diaphragms chemically resistant fabrics or diaphragms made of asbestos fibers or for example cation-active, sheet-like membranes are used. These
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Trennwände werden zwischen den Elektrodenflächen gehaltert. So ist es aus der DE-PS 1 230 771 bekannt, das Diaphragma in eine Nut des einen Zellenrahmens einzulegen und mit einer Keilleiste festzuklemmen, worauf dann eine endlose Dichtungsschnur in die Nut eingelegt wird,die durch den Rahmen der Nachbarelektrode angepreßt wird. Aus der DE-OS 2 551 23k ist es bekannt, eine Membran in einer Elektrolysezelle mit Hilfe einer Dichtung zwischen zwei Rahmenteilen festzuhalten und gleichzeitig abzudichten. In beiden Fällen ist das Auswechseln einer beschädigten Membran außerordentlich zeitraubend, da zum Aufspannen einer Membran auf ein Elektrodenelement dieses aus dem Zellenblock mit Hilfe einer Hebevorrichtung ausgebaut werden muß.Partition walls are held between the electrode surfaces. It is known from DE-PS 1 230 771 to insert the diaphragm into a groove of one cell frame and clamp it with a wedge bar, whereupon an endless sealing cord is inserted into the groove, which is pressed by the frame of the neighboring electrode. From DE-OS 2 551 23k it is known to hold a membrane in an electrolysis cell with the aid of a seal between two frame parts and to seal it at the same time. In both cases, replacing a damaged membrane is extremely time-consuming, since in order to stretch a membrane onto an electrode element, it must be removed from the cell block with the aid of a lifting device.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Handhabung der äußerst dünnen Membran zu erleichtern und die Umrüstzeiten für den gesamten Elektrolysezellenblock zu verkürzen.The invention is based on the task of handling the to facilitate the extremely thin membrane and to shorten the changeover times for the entire electrolysis cell block.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Membran in einem eigenen Spannrahmen eingespannt ist. Dadurch wird das Auswechseln der empfindlichen Membran wesentlich erleichtert, da die zugehörigen Elektrodenelemente in dem Elektrolysezellenblock verbleiben können. Ferner ist lediglich eine Abdichtung der so eingespannten Membran gegenüber den beiden benachbarten Elektrodenelementen erforderlich. Hierzu kann beispielsweise das Diehtelement gemäß der vom gleichen Anmelder unter der Bezeichnung "Dichtelement für Membranen, insbesondere bei filterpressenartig angeordneten Elektrolysezellen" gleichzeitig eingereichten Patentanmeldung verwendet werden.This object is achieved in that the The membrane is clamped in its own clamping frame. This makes changing the sensitive membrane much easier, since the associated electrode elements can remain in the electrolytic cell block. Furthermore is only sealing of the membrane clamped in this way with respect to the two adjacent electrode elements is necessary. For this can for example the diehtelement according to the same Applicant under the name "Sealing element for membranes, especially in the case of electrolysis cells arranged like a filter press" patent application filed at the same time may be used.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Membran in einem sehr leichten und einfach zu handhabenden Rahmen vollkommen plan eingespannt ist. WährendThe advantages achieved by the invention are in particular that the membrane in a very light and simple to handling frame is clamped completely flat. While
des Zusammenbaus eines Elektrolysezellenblocks werden die in die Rahmen eingespannten Membranen zwischen den Elektroden-When assembling an electrolytic cell block, the membranes clamped in the frame between the electrode
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rahmen aufgestellt und dann mittels Zuganker gemeinsam verspannt. Bei einem späteren Wechsel der Trennwände kann der Zellenblock entspannt v/erden, die zu wechselnden Trennwände mit deren Rahmen herausgezogen vierden und neue, außerhalb vormontierte und vorbereitete Trennwände eingeschoben werden, ohne daß der Zellenblock vollständig demontiert werden muß. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Trennwand besteht ferner darin, daß im Falle von chemisch vorzubehandelnden Membranen odar Diaphragmen diese Behandlung unabhängig von der Montage des Zellenblocks erfolgen kann und die Trennwände vormontiert in einer geeigneten Behandlungsflüssigkeit bis zum Einbau gelagert werden können.frame set up and then braced together using tie rods. If the partition walls are changed later, the The cell block is relaxed and the partitions to be changed are pulled out with their frames and new ones, preassembled outside and prepared partition walls can be inserted without the cell block having to be completely dismantled. Another advantage of the partition wall according to the invention is that in the case of membranes to be chemically pretreated odar diaphragms this treatment can take place independently of the assembly of the cell block and the partition walls are pre-assembled can be stored in a suitable treatment liquid until installation.
Die erfindungsgei-iäße Trennwand zeichnet sich ferner dadurch aus, daß der Spannrahmen zweiteilig und die Membran zwischen den beiden Rahmenteilen eingespannt ist. In vorteilhafter Weise können die beiden Rahmenteile in an sich bekannter Weise mittels Schrauben miteinander verschraubt werden. Alternativ können die beiden Rahmanteile mit einem Nutprofil bzw. mit einem entsprechenden Federprofil versehen sein, so daß beim Zusammenbau eine kraftschlüssige Klemmverbindung der beiden Rahmenteile mit dazwischenliegender Membran oder dazwischenliegendem Diaphragma erhalten wird.The partition wall according to the invention is also distinguished by this from that the clamping frame is in two parts and the membrane is clamped between the two frame parts. In an advantageous manner the two frame parts can be screwed together in a known manner by means of screws. Alternatively the two frame portions can be provided with a groove profile or with a corresponding tongue profile, so that when Assemble a non-positive clamping connection of the two frame parts with an intermediate membrane or an intermediate one Diaphragm is obtained.
Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist das Rahmenteil mit dem Nutprofil als Metall-Hohlprofil ausgebildet. Um eine Isolation der beiden benachbarten Elektroden gegeneinander zu erzielen, besteht bei der erfindungsgemäßen Trennwand in vorteilhafter Weise mindestens ein Rahmenteil aus elektrisch isolierendem Kunststoff.In a further embodiment of the invention, this is Frame part formed with the groove profile as a metal hollow profile. To isolate the two adjacent electrodes from each other to achieve, consists in the partition wall according to the invention advantageously at least one frame part made of electrically insulating plastic.
Die erfindungsgemäße Trennwand kann sowohl bei monopolarer
als auch bei bipolarer Schaltung der Elektroden der Elektrolysezellen eingesetzt werden.
35The partition wall according to the invention can be used both with monopolar and with bipolar connection of the electrodes of the electrolytic cells.
35
Die Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die anliegendeThe invention will be described hereinafter with reference to the present
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Zeichnung näher erläutert. Es zeigenDrawing explained in more detail. Show it
Pig. 1 eine schematische Perspektivdarstellung eines Elektrolysezellenblocks nach dem Filterpressenprinzip undPig. 1 is a schematic perspective illustration of an electrolytic cell block according to the filter press principle and
Fig. 2 bis 4 Teilquerschnittsansichten verschiedener Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Trennwand.FIGS. 2 to 4 are partial cross-sectional views of various embodiments the partition wall according to the invention.
Gemäß Fig. 1 besteht ein Elektrolysezellenblock ζ .B.aus einer Vielzahl hintereinander angeordneter Elektrodenelemente E, wobei zwischen je zwei benachbarten Elektrodenelementen E Jewells eine Trennwand T angeordnet ist. Diese Trennwand T besteht aus einem Diaphragma oder einer Membran 1 und einem Spannrahmen, in dem das Diaphragma bzw. die Membran eingespannt ist.According to Fig. 1, there is an electrolytic cell block ζ .B. from a A plurality of electrode elements E arranged one behind the other, with jewells between each two adjacent electrode elements E a partition wall T is arranged. This partition wall T consists of a diaphragm or membrane 1 and a Clamping frame in which the diaphragm or membrane is clamped.
Der Spannrahmen kann aus zwei Rahmenteilen bestehen, die zum Haltern der Membran 1 miteinander verbunden werden.The clamping frame can consist of two frame parts that are used for Holders of the membrane 1 are connected to one another.
Bei der Ausfuhrungsform gemäß der Fig. 2 besteht der Spannrahmen aus zwei Rahmenteilen 2, 3, die mit Hilfe einer Schraube oder eines Bolzens H und einer Mutter H1 an mehreren Stellen miteinander verschraubt sind. Um eine weitgehend glatte Oberfläche des Spannrahmens gegenüber den Elektrodenelementen zu erhalten, sind die Schrauben 4 und die Mutter V in dem Spannrahmen versenkt angeordnet.In the embodiment according to FIG. 2, the clamping frame consists of two frame parts 2, 3 which are screwed together at several points with the aid of a screw or a bolt H and a nut H 1. In order to obtain a largely smooth surface of the clamping frame with respect to the electrode elements, the screws 4 and the nut V are arranged countersunk in the clamping frame.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 besteht der Spannrahmen aus zwei Rahmenteilen 6 und 7, die eine Nut 5 bzw. eine in diese im zusammengebauten Zustand kraftschlüssig eingreifende, entsprechende Feder 5' aufweisen,Das Spiel zwischen der Feder und deren Nut 5' in Parallelrichtung zur Membranebene ist so bemessen, daß eine Beschädigung der Membran 1 beim Einbau und beim Betrieb vermieden wird.In the embodiment according to FIG. 3, the clamping frame consists of two frame parts 6 and 7, which have a groove 5 and one in these frictionally engaging in the assembled state, corresponding spring 5 'have, the play between the spring and its groove 5' in the direction parallel to the membrane plane is like this dimensioned so that damage to the membrane 1 during installation and operation is avoided.
Bei der Ausführungsform der Fig. 4 weist das eine Rahmenteil 8 eine vorspringende Nase 10 auf, auf die beim Zusammenbau zunächst die Membran 1 aufgelegt und dann ein vorzugsweise fe-In the embodiment of FIG. 4, this has a frame part 8 a protruding nose 10, on which the membrane 1 is initially placed during assembly and then a preferably fe-
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derndes Metall-Hohlprofil 9 aufgesteckt wird. Vorzugsweise erweitert sich die Nase 10 nach außen geringfügig, so daß das federnde Ketall-Hohlprofil beim Aufstecken auf die Nase 10 im Bereich der Verengung 11 einrasten kann. Die Ecken der Nase sind in vorteilhafter Weise abgerundet, so daß eine Beschädigung der Membran 1 beim Einspannen und im Betrieb vermieden wird. Entsprechend ist auch das Metall-Kohlprofil 9 etwa an der Eingriffsstelle 91 mit der abgerundeten Verengung 11 der Nase 10 ebenfalls abgerundet. 10 Anstelle oder zusätzlich zu der Membran können auch mikroporöse Membranen eingesetzt werden.derndes metal hollow profile 9 is attached. Preferably, the nose 10 widens slightly outwards, so that the resilient ketal hollow profile can engage in the region of the constriction 11 when it is pushed onto the nose 10. The corners of the nose are advantageously rounded, so that damage to the membrane 1 during clamping and during operation is avoided. Correspondingly, the metal cabbage profile 9 is also rounded approximately at the point of engagement 9 1 with the rounded constriction 11 of the nose 10. Instead of or in addition to the membrane, microporous membranes can also be used.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OD | Request for examination | ||
| 8131 | Rejection | ||
| 8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: OCCIDENTAL CHEMICAL CORP., 14302 NIAGARA FALLS, N. |